(57)【要約】システム、プロセス、およびそれに関係する焼結品が提供される。このプロセスは、一枚の無機材料を加圧ガスで支持する工程と、一枚の無機材料が加圧ガスによって支持されている間に、無機材料が少なくとも部分的に焼結されて焼結品を形成するように、一枚の無機材料を無機材料の焼結温度以上の温度まで加熱することによって、一枚の無機材料を焼結する工程とを含む。無機材料は、焼結中に固体の支持体と接触しない。焼結品（例えば、セラミック品等）は薄く、高い表面品質、および／または大きい表面積を有する。
2019509960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結品を形成するプロセスにおいて、
一枚の無機材料を加圧ガスで支持する工程と、
前記一枚の無機材料が前記加圧ガスによって支持されている間に、前記無機材料が少なくとも部分的に焼結されて前記焼結品を形成するように、前記一枚の無機材料を該無機材料の焼結温度以上の温度まで加熱することによって、前記一枚の無機材料を焼結する工程であって、焼結されている前記無機材料の少なくとも一部分が、焼結中に固体の支持体と接触しない、工程と
を含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記加圧ガスが、向かい合った第１および第２のベアリング面を含むガスベアリングによって供給され、前記第１のベアリング面と前記第２のベアリング面との間にチャネルが画成され、前記ガスベアリングが、前記第１および第２のベアリング面を通る前記チャネルにガスを送出し、前記一枚の無機材料を支持する前記工程が、前記一枚の無機材料の互いに反対側にある第１および第２の主要な表面が両方とも前記加圧ガスによって支持されるように、前記一枚の無機材料を前記チャネル内に配置する工程を含み、焼結中に、前記ガスベアリングが、焼結中の前記第１および第２の表面の変形に対して抵抗するように、前記一枚の無機材料の前記第１および第２の主要な表面の両方に圧力を加える、請求項１記載のプロセス。
【請求項３】
焼結中に、前記チャネルの第１の端部から前記チャネルの第２の端部まで前記チャネルを通して前記一枚の無機材料を移動させる工程であって、前記一枚の無機材料が長さおよび幅を有し、前記一枚の無機材料の前記長さが、前記チャネルの前記第１の端部と前記第２の端部との間の距離より大きい、工程を更に含み、前記チャネルの前記第２の端部に位置するときの前記一枚の無機材料の密度が、前記チャネルの前記第１の端部に位置するときの前記一枚の無機材料の密度より大きくなるように、前記一枚の無機材料の密度が焼結中に増加し、焼結中に、前記一枚の無機材料が前記チャネルの前記第１の端部から前記チャネルの前記第２の端部まで移動するにつれ、前記一枚の無機材料の前記幅が減少する、請求項２記載のプロセス。
【請求項４】
前記一枚の無機材料が、該無機材料を支持する有機バインダを含み、前記プロセスが、前記有機バインダを含む前記一枚の無機材料を前記有機バインダを熱分解するのに十分な温度まで加熱することによって前記有機バインダ材料を除去する工程を更に含み、焼結する前記工程が、前記有機バインダを除去する前記工程の後に行われ、前記有機バインダを除去する前記工程が、前記一枚の無機材料が前記加圧ガスによって支持されている間に行われ、焼結する前記工程が焼結ゾーン内において行われ、前記有機バインダを除去する前記工程が除去ゾーン内において行われ、前記プロセスが、前記有機バインダを除去する前記工程に続いて、前記除去ゾーンと前記焼結ゾーンとの間に位置する加熱ゾーン内において、前記一枚の無機材料が前記焼結ゾーンに入る前に前記一枚の無機材料の温度が前記焼結温度の３０％以内まで上昇するように、前記一枚の無機材料を加熱する工程を更に含み、前記焼結ゾーン内における温度の変化が３０％未満となるように、前記焼結ゾーン内において前記一枚の無機材料が略一定の温度に保たれる、請求項１〜３のいずれか一項記載のプロセス。
【請求項５】
前記焼結品を１５０℃より低い温度まで冷却する工程と、
冷却する前記工程に続き、前記焼結品を巻取リールの周囲に巻きつける工程と
を更に含む、請求項１〜４のいずれか一項記載のプロセス。
【請求項６】
焼結品において、
第１の主要な表面と、
前記第１の主要な表面とは反対側の第２の主要な表面と、
前記第１の主要な表面、前記第２の主要な表面、および前記第１の主要な表面と前記第２の主要な表面との間に延在する本体を画成する少なくとも部分的に焼結された無機材料と、
前記第１の主要な表面と前記第２の主要な表面との間の１ｍｍ以下の平均厚さと、
前記厚さに対して直交方向の、前記第１の主要な表面または前記第２の主要な表面のうちの一方の第１の寸法として定められる幅と、
前記焼結品の前記厚さおよび前記幅の両方に対して直交方向の、前記第１の主要な表面または前記第２の主要な表面のうちの一方の第２の寸法として定められる前記焼結品の長さと
を含み、
前記幅および前記長さのうちの少なくとも一方が前記平均厚さの５倍より大きくなるように、前記焼結品が薄く、
前記第１の主要な表面が第１の表面品質測定指標によって定められ、前記第２の主要な表面が第２の表面品質測定指標によって定められ、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じであり、
前記無機材料が多結晶セラミックおよび合成鉱物から成る群から選択される
ことを特徴とする焼結品。
【請求項７】
前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が、前記第１および第２の主要な表面からそれぞれ１μｍ以内の深さにおける前記焼結品の化学組成であり、前記第１の表面から１μｍ以内の深さにおける化学組成の少なくとも９９．９重量％が前記無機材料であり、且つ、前記第２の表面から１μｍ以内の深さにおける化学組成の少なくとも９９．９重量％が前記無機材料であるように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じであり、前記第１の主要な表面と前記第２の主要な表面との間の中間点に位置する中間点化学組成を更に含み、該中間点化学組成の少なくとも９９．９重量％が前記無機材料であること、
前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が、前記第１および第２の主要な表面からそれぞれ０．５μｍ以内の深さにおける前記焼結品の化学組成であり、前記第１の表面から０．５μｍ以内の深さにおける化学組成が前記第２の表面から０．５μｍ以内の深さにおける化学組成と少なくとも９９．９％同じであるように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じであること、
前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が欠陥量の測定値であり、前記第１の主要な表面が５マイクロメートルより大きい寸法を有する付着または摩耗から生じた１ｃｍ２当たり１０個未満の表面欠陥を有し、且つ、前記第２の主要な表面が５マイクロメートルより大きい寸法を有する付着または摩耗から生じた１ｃｍ２当たり１０個未満の表面欠陥を有するように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じであること、
前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が平坦度の測定値であり、前記第１および第２の主要な表面の両方が、該第１および第２の主要な表面に沿って長さ方向に１ｃｍの距離にわたって１００ｎｍ〜５０μｍの範囲内の平坦度を有するように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じであること、並びに、
前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が欠陥サイズ測定値であり、前記厚さに対して垂直な平面内において測定された前記第１の主要な表面の面積の１ｃｍ２当たりの前記第１の主要な表面上にある表面欠陥の合計面積が、前記厚さに対して垂直な平面内において測定された第２の主要な表面の面積の１ｃｍ２当たりの前記第２の主要な表面上にある表面欠陥の合計面積の±５０％以内であるように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じであること
のうちの少なくとも１つである、請求項６記載の焼結品。
【請求項８】
前記第１および第２の主要な表面の前記表面欠陥が、該第１および第２の主要な表面上にある、該第１の主要な表面または前記第２の主要な表面に対して相対的な深さまたは高さであって、前記第１の主要な表面または前記第２の主要な表面の平均表面粗さより大きい深さまたは高さをそれぞれ有する凹部および凸部のうちの少なくとも一方である、請求項６または７記載の焼結品。
【請求項９】
前記第１および第２の主要な表面の各々が、該第１および第２の主要な表面の粒子間の境界における凹んだ部分に対して相対的な２５ｎｍ〜１５０μｍの範囲内の高さを有する粒子を含む粒状の断面形状を有するように、前記第１および第２の主要な表面が未研磨の表面であり、前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が粗さの測定値であり、前記第１の主要な表面および前記第２の主要な表面の両方の粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ〜１０００ｎｍであるように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じであり、前記本体の前記厚さが１ミリメートルの半分未満であり、前記第１および第２の主要な表面の各々の面積が１０ｃｍ２より大きい、請求項６〜８のいずれか一項記載の焼結品。
【請求項１０】
焼結品を形成するシステムにおいて、
有機バインダによって固定された無機材料の粒子を含むテープ材料のテープ供給部と、
前記テープ供給部に続くバインダ除去ステーションと、
前記バインダ除去ステーションに続く焼結ステーションと、
前記バインダ除去ステーションおよび前記焼結ステーションを加熱する加熱システムであって、前記テープ材料が前記バインダ除去ステーションを通って移動する際に前記有機バインダが熱分解されるように、前記バインダ除去ステーションを１００〜４００℃の温度まで加熱し、前記テープ材料が前記焼結ステーションを通って移動する際に前記無機材料が少なくとも部分的に焼結するように、前記焼結ステーションを８００℃より高い温度まで加熱する加熱システムと、
前記バインダ除去ステーション内および前記焼結ステーション内において前記テープ材料を支持するガスベアリングと
を含むことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条に基づき、２０１６年１月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／２８７，０７０号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般的に、焼結された無機材料またはセラミック材料の形成に関し、具体的には、非接触環境で無機材料を焼結するシステムおよびプロセス、並びに、そのようなシステムおよびプロセスで形成された焼結品（例えば、等セラミックシートまたはテープ）に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、セラミックの薄いシート、テープ、またはリボン等の物品は、例えば、セラミックが光透過性である場合には導波路としての役割、コーティングまたは積層されて電池および他の構成要素に統合され得る基体としての役割、または他の用途等の、多くの潜在的な用途を有する。そのような物品は、典型的には、焼結材料の大きいインゴットを形成することによって、材料のウェハ、スラブ、またはプレートを切断することによって、および対応する物品を所望の形状および表面品質に合わせて研磨することによって製造される。研磨は、物品の表面上の傷または欠陥を除去する一助となるが、時間およびリソースが集中的にかかる。そのような物品は、テープキャスティング、ゲルキャスティング、または、未焼成テープ（例えば、有機バインダ中に固定された無機粒子のストリップ等）を焼結することを含む他のプロセスによっても製造され得る。そのような従来のプロセスでは、未焼成テープは、典型的には、セッターボードと称される表面上に配置され、有機バインダを焼失させると共に無機粒子を焼結する炉内に配置される。セッターボードは、典型的には、焼結プロセスに耐えることができる耐火性材料、即ち、焼成中の物品と反応または結合しない材料から形成される。バインダが除去された際には、セッターボードがテープを支持しており、残りの無機材料の少なくとも１つの表面が、焼結中にセッターボードと接触する。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一実施形態は、焼結品を形成するプロセスに関する。本プロセスは、一枚の無機材料を加圧ガスで支持する工程を含む。本プロセスは、一枚の無機材料が加圧ガスによって支持されている間に、無機材料が少なくとも部分的に焼結されて焼結品を形成するように、一枚の無機材料を該無機材料の焼結温度以上の温度まで加熱することによって、一枚の無機材料を焼結する工程を含み、焼結されている無機材料の少なくとも一部分は、焼結中に固体の支持体と接触しない。
【０００５】
本開示の一実施形態は、焼結品に関する。焼結品は、第１の主要な表面と、第１の主要な表面とは反対側の第２の主要な表面と、第１の主要な表面、第２の主要な表面、および第１の主要な表面と第２の主要な表面との間に延在する本体を画成する少なくとも部分的に焼結された無機材料とを含む。焼結品は、第１の主要な表面と第２の主要な表面との間の１ｍｍ以下の平均厚さを含む。焼結品は、厚さに対して直交方向の、第１の主要な表面または第２の主要な表面のうちの一方の第１の寸法として定められる幅を含む。焼結品は、焼結品の厚さおよび幅の両方に対して直交方向の、第１の主要な表面または第２の主要な表面のうちの一方の第２の寸法として定められる焼結品の長さを含む。焼結品は薄く、幅および長さのうちの少なくとも一方が、平均厚さの５倍より大きい。第１の主要な表面は第１の表面品質測定指標によって定められ、第２の主要な表面は第２の表面品質測定指標によって定められる。第１の表面品質測定指標は第２の表面品質測定指標と略同じである。無機材料は、多結晶セラミックおよび合成鉱物から成る群から選択される。
【０００６】
本開示の更なる実施形態は、焼結品を形成するシステムに関する。本システムは、有機バインダによって固定された無機材料の粒子を含むテープ材料のテープ供給部を含む。本システムは、テープ供給部に続くバインダ除去ステーションを含む。本システムは、バインダ除去ステーションに続く焼結ステーションを含む。本システムは、バインダ除去ステーションおよび焼結ステーションを加熱する加熱システムを含む。加熱システムは、テープ材料がバインダ除去ステーションを通って移動する際に有機バインダが熱分解されるように、バインダ除去ステーションを１００〜４００℃の温度まで加熱する。加熱システムは、テープ材料が焼結ステーションを通って移動する際に無機材料が少なくとも部分的に焼結するように、焼結ステーションを８００℃より高い温度まで加熱する。本システムは、バインダ除去ステーション内および焼結ステーション内においてテープ材料を支持するガスベアリングを含む。
【０００７】
更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられると共に、部分的にはその説明から当業者に自明であり、または、明細書、特許請求の範囲、および添付の図面に記載されるように実施形態を実施することによって認識される。
【０００８】
上記の概要説明および以下の詳細説明は、単に例示的なものであり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。
【０００９】
添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれてその一部をなすものである。図面は１以上の実施形態を示しており、明細書と共に、様々な実施形態の原理および作用を説明する役割をするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な実施形態による焼結システムを示す
【図２】例示的な実施形態による、図１の焼結システム内における位置と対比させた温度のプロット
【図３】例示的な実施形態による焼結ステーションを示す
【図４】例示的な実施形態による、図３の焼結ステーションの断面図
【図５】例示的な実施形態による、上部ガスベアリング構造を取り除いた、図３の焼結ステーションを示す
【図６】例示的な実施形態による、図３の焼結ステーション内における位置と対比させた温度のプロット
【図７】例示的な実施形態による焼結品を示す
【図８】例示的な実施形態による、図７の焼結品の断面図
【図９】例示的な実施形態による、ベントガスベアリングを示す
【図１０】例示的な実施形態による、ガスベアリングのプレナムを示す
【図１１】例示的な実施形態による、バインダのバーンオフ処理中にテープ材料を支持する空気ベアリングを示す
【図１２】例示的な実施形態による、バインダのバーンオフ処理中にテープ材料を支持する空気ベアリングを示す
【図１３】別の例示的な実施形態によるガスベアリング構成を示す
【図１４】例示的な実施形態による空気ベアリングの空気ベアリング面を示す
【図１５】例示的な実施形態による空気ベアリングの側面図を示す
【図１６】例示的な実施形態による、それぞれ異なる空気ベアリング間隙サイズを用いて焼結された焼結ジルコニアテープの写真を示す
【図１７】例示的な実施形態による、それぞれ異なる空気ベアリング間隙サイズを用いて焼結された焼結ジルコニアテープの写真を示す
【図１８】例示的な実施形態による、それぞれ異なる空気ベアリング間隙サイズを用いて焼結された焼結アルミナテープの写真を示す
【図１９】例示的な実施形態による、それぞれ異なる空気ベアリング間隙サイズを用いて焼結された焼結アルミナテープの写真を示す
【図２０】例示的な実施形態による、焼結の前後のパイレックス（登録商標）テープ材料の写真を示す
【図２１】例示的な実施形態による、焼結の前後のパイレックス（登録商標）テープ材料の写真を示す
【図２２】例示的な実施形態による、焼結中に材料に張力を加えることの効果を示す、焼結ジルコニアテープ材料の写真を示す
【図２３】例示的な実施形態による、焼結中に材料に張力を加えることの効果を示す、焼結ジルコニアテープ材料の写真を示す
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を全体的に参照すると、焼結品（例えば、セラミック品、テープ、またはシート等）、並びに、焼結品を形成するシステムおよび方法の様々な実施形態が示されている。本明細書において述べられる様々な実施形態では、焼結品は、少なくとも部分的に、非接触焼結プロセスで形成される。様々な実施形態では、この非接触焼結は、焼結を行うために無機材料に熱が送られている間、一枚の無機材料、無機材料のストリップ、または無機材料のテープをガスベアリングで支持するシステムによって提供される。この構成では、焼結中に、一枚の無機材料のどちらの主要な表面も、固体の支持体（例えば、セッターボード等）によって支持されず、または固体の支持体と接触しない。
【００１２】
本出願人は、この非接触焼結プロセスは、接触に基づくプロセスよりも高品質の焼結品（例えば、セラミック品等）の形成を可能にすると考える。ガスベアリング支持に起因して、無機材料の両方の主要な表面が本質的に同じ条件を経るので、本明細書において述べられる焼結品は、非常に高い表面品質、および第１の主要な表面と第２の主要な表面との間における非常に一貫した表面品質を有して形成され得る。例えば、両方の表面は、ガスベアリングからのガス（例えば、空気）のみと接触するので、主要な表面のどちらも、化学的または粒子状汚染物質によって変化することがない（これは、セッターボード上で焼結されたセラミック品の表面において典型的である）。別の例として、無機材料は焼結中に縮む、または収縮するので、本明細書において述べられる非接触焼結プロセスは、焼結プロセスの全ての段階において、摩擦の無い、拘束されない収縮または成長を可能にし、それにより、応力の発達を防止すると共に、セッターボード上で焼結品に存在する擦り傷または摩耗の形成を解消する。このように焼結中に固体接触が生じないことは、物品の主要な表面の研磨を要することなく、形成されたままの物品において高レベルの表面平坦度、低い表面欠陥レベル、および低い表面粗さレベルを有する焼結品を提供する。
【００１３】
更に、本出願人は、本明細書において述べられる非接触焼結システムは、セッターボードに基づく焼結システムではよくある応力、摩擦、および摩耗の低減または解消に起因して、従来の焼結技術では得ることができないと思われる大面積の焼結品の形成を可能にすると考える。特に、本明細書において述べられるシステムは、研磨を要することなく、上述の高い品質表面を有する大面積の焼結品の形成を可能にする。それに加えて、本出願人は、本明細書において述べられるシステムは、非常に薄く、主要な表面の表面積が大きい焼結品の形成を可能にすると考える。
【００１４】
更に、本明細書において述べられる特定の実施形態では、無機材料は、両方の主要な表面をガスベアリングによって支持されている間に焼結される。本出願人は、焼結中に、一枚の無機材料の両方の主要な表面に、ガスベアリングを介して非固体接触圧力を加えることにより、更に高品質のおよび／または大きい焼結品を製造できると考える。例えば、本出願人は、焼結中に、両方の主要な表面をガスベアリングで押圧することにより、たとえ大面積の焼結品においても、上述のように固体表面支持によって生じる問題（例えば、表面欠陥、汚染物質等）を生じることなく、焼結中によくあるクラック、カール、および反り等の問題が低減または解消され得ると考える。更に、ガスベアリングによって両方の主要な表面に対して与えられる圧力は、バインダ材料の熱分解の後、無機材料が焼結ステーション内へと移動されている間、および焼結中に、無機材料を一体に支持、圧縮、または一般的に保持するよう機能し得る。
【００１５】
図１を参照すると、一枚の無機材料を焼結するためのシステム１０、およびそれに関係する方法が示されている。一般的に、システム１０は、テープ１４として示されている無機材料の供給部１２を含む。一般的に、テープ１４は、有機バインダ材料を用いて一体に固定された１以上の無機材料を含む細長い一枚の材料であり、一般的に、テープ１４がシステム１０の様々な部分を通って移動する際に、テープ１４のバインダ材料の大半または全てが（例えば、焼失および／またはチャーリングによって）除去され、無機材料は少なくとも部分的に焼結されて、システム１０の出力において、焼結材料１６として示されている焼結品または焼結材料を形成する。様々な実施形態では、供給部１２は、テープ１４の任意の供給源である。様々な実施形態では、供給部１２は、テープ１４がシステム１０を通って移動するにつれて巻き出される細長いテープ１４のリールまたはスプールであり得る。他の実施形態では、供給部１２は、システム１０内において（例えば、後述する下流の構成要素の流れに合わせて）テープ１４を形成するシステムであり得る。様々な実施形態では、テープ１４は、有機バインダによって一体に保持されたセラミック、ガラス、および／または金属を含む多種多様な材料の粒子を含み、特定の実施形態では、テープ１４は、例えば、テープキャスティング、カレンダー処理、押出成形、およびそれらの組合せ等のプロセスで作られる。
【００１６】
一般的に、システム１０は、バインダ除去ステーションまたはゾーン１８、加熱ステーションまたはゾーン２０、焼結ステーションまたはゾーン２２、および冷却ステーションまたはゾーン２４を含む。システム１０は、ガスベアリング２６および２８として示されている上部および下部ガスベアリングと、向かい合ったベアリング面３２および３４によって画成されるチャネル３０とを含むガスベアリングシステムを含む。ガスベアリング２６および／または２８は、ガスベアリング２６および２８を支持すると共に互いから離間させる柱、即ちスタンドオフ３５を含む。一般的に、上部および下部ガスベアリング２６および２８は、向かい合ったベアリング面３２および３４間に画成されるチャネル３０内へとガスを送出する複数の細孔またはノズル３６（図４および図５に示されている）を含む。ガスベアリング２６および２８を介してチャネル３０に供給されるガスは、無機テープ１４および焼結材料１６が、システム１０内において処理されている間、ベアリングチャネル３０内においてベアリング面３２および３４と接触しないように支持されるように、十分に大きい流量または圧力で供給される。この構成では、ガスベアリング２６および２８は、バインダ除去ステーション１８、加熱ステーション２０、焼結ステーション２２、および冷却ステーション２４を通って延在し、テープのどちらの主要な表面も、これらのステーションを通って移動する間、接触が生じないようになっている。
【００１７】
少なくとも一部の実施形態では、システム１０は、ゾーンを互いから隔ててゾーン間の熱伝達を制限するための、ゾーン１８、２０、２２、および２４間に位置する断熱セパレータを含み得る。様々な実施形態では、システム１０は、ゾーン１８、２０、２２、および２４間に位置する（特に、各ゾーンのガスベアリング２６および２８間に位置する）加熱されていないまたは室温のセパレータゾーンを含み得る。一部のそのような実施形態では、セパレータゾーンは、テープ１４またはセラミックシート１６がセパレータゾーンにわたって支持およびガイドされるように、テープ１４またはセラミックシート１６に張力を加える張力装置を含んでもよく、そのような一部の実施形態では、セパレータゾーンは非ガスベアリング支持部である。しかし、他の実施形態では、室温のセパレータゾーンは、テープ１４またはセラミックシート１６が分離された部分を通って移動する際にテープ１４またはセラミックシート１６を支持するガスベアリングを含む。
【００１８】
図１に示されるように、システム１０は、システム１０を通って延びるまっすぐなチャネル３０を構成するよう位置合わせされた複数の異なるガスベアリング部を含む。特定の実施形態では、ガスベアリング要素の位置合わせは、システム１０の様々なゾーン間の遷移において生じ得る望ましくない位置ずれ（例えば、横方向への位置ずれ）をなくすためにガスベアリング２６および２８によって与えられる力がシステム１０の長さに沿って一貫するように、チャネル３０がまっすぐであることを確実にするために重要である。一実施形態では、システム１０は、ガスベアリング部の互いに対して相対的な垂直方向および水平方向の位置をモニタリングして、運動学的制御および安定性を提供するためにガスベアリング部の手動のまたは自動的な位置合わせを可能にするサポートシステムを含む。
【００１９】
更に別の実施形態では、システム１０は、更なるゾーンまたはステーションを含み得る。そのような一実施形態では、システム１０は、焼結後の熱処理（例えば、アニール等）のためのゾーンを含む。
【００２０】
ガスベアリング２６および２８は、任意の適切なガスまたは空気支持システムであり得る。様々な実施形態では、ガスベアリング体は中実または多孔質の構成であり得る。ガスベアリング体に適した材料としては、アルミニウム、青銅、カーボンまたはグラファイト、ステンレス鋼、ＵＮＳＮ０６３３３およびＵＮＳＮ０６０２５のような高温合金、白金およびその合金、炭化ケイ素のようなセラミック等が挙げられるが、それらに限定されない。ガスベアリング体の寸法は、テープ１４および焼結材料１６の形状またはサイズに基づいて、ベアリングチャネル３０内においてテープ１４および焼結材料１６を効率的且つ効果的に支持するよう設計され得る。ベアリング体が多孔質である場合には、ベアリング体は、ガスを流すための更なるアパーチャもしくは孔を含んでもよく、および／または、この多孔質構造を用いて流れを設けてもよい。
【００２１】
様々な実施形態では、ガスの流量、ガスの組成および／または温度は、ゾーン１８、２０、２２、および２４についてそれぞれ独立して制御され得る。一部の実施形態では、ガスベアリング２６および２８は、テープ１４および焼結材料１６の両面に酸化ガス（例えば、大気または酸素）を送出するよう構成される。しかし、ガスベアリング２６および２８は、異なる用途のために所望される任意のガスを送出するよう構成されてよい。一部の実施形態では、ガスベアリング２６および２８を介して、窒素、ヘリウム、ネオン、および／またはアルゴンが送出され得る。一部の実施形態では、処理中（例えば、焼結中等）に材料を添加するために、またはテープ１４の材料と反応させるために、ガスベアリング２６および２８を介して、反応性ガス、または添加剤、ドーパント、反応物質等を担持したガスが送出され得る。一部の実施形態では、ガスベアリング２６および２８は、還元性ガス、不活性ガス、またはフォーミングガスをチャネル３０に送出するよう構成される。様々な実施形態では、ガスベアリング２６および２８によって供給されるガスは、濾過、加湿、または乾燥されたものである。一部の実施形態では、第１のガスがガスベアリング２６を介して送出され、第２の異なるガスがガスベアリング２８を介して送出されてもよく、そのような実施形態では、互いに反対側にある第１および第２の主要な表面においてそれぞれ異なる特性を有する焼結材料１６の形成が可能になり得る。
【００２２】
システム１０は加熱システムを含み、加熱システムは、図示されている実施形態では、ガスベアリング２６および２８内に配置された複数の加熱要素３８を含む。加熱要素３８は、システム１０の各ステーションに、後でより詳細に述べるようにテープ１４を処理して焼結材料１６にするための熱を送る。加熱要素３８は、ゾーン１８、２０、２２内のベアリング２６および２８のベアリング体の固体部分と、および／または、ベアリングチャネル３０の加熱される部分に送出される空気と連絡している。特定の実施形態では、加熱要素３８は、ステーションまたはゾーン１８、２０、および２２内のベアリングチャネル３０に送出されているガスが所望の温度に加熱されるように、ベアリング２６および２８の加熱される部分内に配置されたまたは埋め込まれた抵抗加熱素子であり得る。加熱要素３８は、本明細書において述べられるように温度を制御するための任意のタイプの適切な加熱システムの一部であり得る。様々な実施形態では、加熱要素３８は、ガスベアリング２６および２８に熱（例えば、熱風等）を送るオーブンまたは炉の一部であり得る。一部の実施形態では、非常に高い焼結温度（例えば、１８００℃以上）が必要な場合には、少なくとも焼結ゾーン２２内の加熱要素３８は、１以上のプラズマトーチであり得る。熱は、例えば、誘導加熱、または可燃性ガス混合物を用いる等の他の方法で供給されてもよい。また、制御された冷却のために、加圧ガスの流量も調節され得る。
【００２３】
例示的な一実施形態では、加熱要素３８は、白金−ロジウム材料で形成された抵抗加熱ワイヤであり得、特定の実施形態では、加熱要素３８は８０％の白金および２０％のロジウムのワイヤである。一部のそのような実施形態では、加熱要素３８は、空気ベアリング２６および２８内に配置されたアルミナ配管内に存在する。特定の実施形態では、白金−ロジウム加熱要素は、０．０４０インチ（１．０１６ミリメートル）の直径を有する。本出願人は、２．５ｋＷで１０００℃超まで加熱するために、そのような加熱要素を用いて空気ベアリングを構築して試験した。特定の実施形態では、加熱要素３８は、１００ＶＤＣの１００アンペアの電源を用いて電力供給される。
【００２４】
図１および図２を参照すると、テープ１４を処理して焼結材料１６にすることが示されている。テープ１４は、テープ供給部１２からバインダ除去ステーション１８へと供給され、テープ１４がバインダ除去ステーション１８を通って移動する際に、有機バインダテープ１４の大半または全てが例えば熱分解等のプロセスによって除去されて、テープ１４の無機材料の自己支持しているテープまたはシートが残るように、バインダ除去ステーション１８の加熱要素３８がテープ１４を十分な温度まで加熱する。様々な実施形態では、加熱要素３８はバインダ除去ステーション１８を、有機バインダ材料を熱分解するのに十分な１００〜４００℃の温度まで加熱する。様々な実施形態では、テープ１４がバインダ除去ステーション１８を通って移動する際に、テープ１４の有機バインダの大きいパーセンテージ（例えば、５０％超、７０％超、９０％超、９９％超）が除去される。
【００２５】
様々な実施形態では、バインダ除去ステーション１８に入るテープ１４は、有機バインダを用いて一体に固定された無機材料を含む未焼成テープ材料である。例示的な実施形態によれば、テープ１４は、有機バインダ（例えば、ポリビニルブチラール、ジブチルフタレート、ポリアルキルカーボネート、アクリルポリマー、ポリエステル、シリコーン等）によって固定された無機材料（例えば、多結晶セラミックおよび／または鉱物（例えば、アルミナ、ジルコニア、リチウムガーネット、スピネル）等）を含む。考えられる実施形態では、テープ１４は、有機バインダ中に固定された例えば金属粒子等の無機材料を含む。他の考えられる実施形態では、テープ１４は、有機バインダによって固定されたガラス粒子（例えば、高純度のシリカ粒子、ボロシリケート、アルミノシリケート、ソーダライム）または他の無機粒子等の無機材料を含む。考えられる実施形態では、テープ１４は、有機バインダ中に固定されたガラス−セラミック粒子（例えばコージライト、ＬＡＳリチウムアルミノシリケート、Ｎａｓｉｃｏｎ構造のリチウム金属リン酸塩、セルシアン）等の無機材料を含む。例示的な実施形態によれな、テープ１４は、約０．０１〜約２５体積％の気孔率を有する、および／または、無機粒子は、５０〜１０００ナノメートルのメジアン粒径と、２〜３０ｍ２／ｇのブルナウアー‐エメット‐テラー（ＢＥＴ）表面積とを有する。他の考えられる実施形態では、上記材料は無機バインダまたは他のバインダによって固定されてもよく、および／または、上記材料は他のサイズまたは他の気孔率を有してもよい。
【００２６】
バインダ除去に続いて、テープ１４は加熱ステーション２０内へと移動する。加熱ステーション２０内の加熱要素３８は、加熱ゾーン２０内における温度が加熱ステーション２０の長さに沿って徐々に上昇するように熱を生じる。このようにして、加熱ステーション２０は、テープ１４の温度を焼結に必要な温度に近い温度まで徐々に上昇させる予備加熱ゾーンの役割をし、一部の実施形態では、焼結プロセスを開始する。一部の実施形態では、加熱ステーション２０にわたって温度を徐々に高めることは、テープ１４を高温の焼結ステーション内へと直接移動させることによって生じ得る欠陥、クラック等の形成を制限する。様々な実施形態では、加熱ゾーン２０は、テープ１４の温度を、焼結ゾーン２２内における温度の少なくとも７０％、特定的には少なくとも９０％、より特定的には少なくとも９５％の温度まで上昇させる。それに加えて、加熱ゾーン２０によって提供される熱は、ゾーン２０に入るテープ１４中に残っているバインダ材料の一部または全てを除去する。
【００２７】
バインダ除去ステーション１８の後、テープ１４の無機材料はもはや有機バインダ材料によって固定されていないが、焼結ステーション２２を通って処理される前は実質的に未焼結であることが理解されよう。バインダ除去の後のテープ１４は、もはや顕著なレベルのバインダ材料を含んでいないので、当業者は、バインダ除去の後のテープ１４は自重によって単純に崩壊するまたはばらばらになると予期し得る。しかし、本出願人は、テープ１４が適切に取り扱われる場合には、バインダ除去の後のテープ１４は、バインダが焼失および／または炭化しているにもかかわらず、完全なままであることを見出した。本出願人は、一部の実施形態では、ガスベアリング２６および２８によってテープ１４の両面に加えられる圧力が、バインダ材料の除去後もテープ１４の無機材料を一体に保持することにより、バインダ除去に続いてシステム１０を通した取り扱いおよび処理を容易にすると考える。特定の実施形態では、ガスベアリング２６および２８によって与えられるガス圧力は、圧密および細孔除去を補助し、焼結速度を高めるように、一軸圧または等方圧で加えられる。様々な実施形態では、ガスベアリング２６および２８は、０．５〜２００ｐｓｉｇ（約３．４ｋＰａ〜約１３７９ｋＰａ）の圧力でガスを供給するよう構成される。
【００２８】
加熱ゾーン２０に続き、テープ１４は焼結ゾーン２２内へと移動する。一般的に、焼結ゾーン２２内では、加熱要素３８は、テープ１４が、焼結品（例えば、焼結材料１６等）を形成するためにテープ１４の無機材料を焼結するのに十分な温度まで加熱されるように、熱を生じる。テープ１４の無機材料を加熱すると、無機材料の気孔率が圧縮または低減されることが理解されよう。焼結材料１６において達成される焼結の程度または量は、温度、およびテープ１４が焼結ゾーン２２内に留まる時間の関数である。更に、焼結ゾーン２２によって提供される焼結温度は焼結されている無機材料に応じて異なり、一般的に、加熱要素３８は、焼結ゾーン２２を８００℃より高い温度まで上昇させ、この温度を焼結ゾーン２２の長さにわたって略一定に保つ。特定の実施形態では、焼結ゾーン２２の温度のばらつきは、焼結ゾーン２２の長さにわたって３０％未満、特定的には１０％未満、より特定的には５％未満である。
【００２９】
特定の実施形態では、焼結ゾーン２２は、テープ１４の無機材料（例えば、多結晶セラミックまたはテープ１４の他の無機材料等）を少なくとも部分的に焼結するよう構成される。例えば、特定の実施形態では、多結晶セラミック粒子は、焼結ゾーン２２内において、粒子が互いに結合または融着して、大きい（例えば、少なくとも１０体積％、少なくとも３０体積％の）気孔率（ここで、「気孔率」とは、テープの体積のうち、無機材料（例えば、多結晶セラミック等）によって占められていない部分を指す）を有する焼結材料１６を形成するように、焼結され得る。
【００３０】
ゾーン２２内での焼結に続き、焼結材料１６は冷却ゾーン２４に入り、冷却ゾーン２４は、焼結材料１６を、材料を損傷することなく焼結材料１６の移動、接触、格納等が可能になる十分に低い温度まで冷却する。一実施形態では、冷却ゾーン２４は、テープを１５０℃より低い温度まで冷却する。図示されている特定の実施形態では、焼結材料１６は冷却ステーション２４から出て、格納位置（例えば、巻取リール４０等）に格納される。従って、そのような実施形態では、非接触ガスベアリングを用いることによって、システム１０は、長い一枚の高品質の焼結材料１６の略連続的な形成を可能にする。図１からわかるように、システム１０は、システム１０のどの１つの部分よりも長い、システム１０のステーション１８、２０、２２、および２４よりも長い長さを有する焼結材料１６の形成を可能にする。これは、固体の支持体（例えば、セッターボード等）上で焼結される（そのようなプロセスにおいて典型的なセッターボードおよび加熱炉の両方によってサイズが制限される）従来のバッチ処理セラミックとは対照的である。
【００３１】
図１は、概ね水平なリニア処理システムとして構成されたシステム１０を示す。他の実施形態では、システム１０は垂直に構成されるか、または、水平な平面に対して相対的に傾斜した角度で構成される。
【００３２】
図３〜図５を参照すると、焼結ゾーン２２およびテープ１４の焼結が示されており、それらをより詳細に説明する。テープ１４が焼結ゾーン２２を通って移動する際、テープ１４の無機材料が焼結され、焼結ゾーン２２の出力側から、焼結材料１６が出る。焼結ゾーン２２内において、テープ１４は、チャネル３０の第１の端部、即ち入力端４２に入り、テープ１４がチャネル３０の出力端４４に向かって移動する際に、焼結ゾーン２２内の熱によって、テープ１４の無機材料が焼結する（例えば、圧縮する、気孔率を低減する）。この構成では、チャネル３０の出力端から出る焼結材料１６内に存在する無機材料の密度は、焼結ゾーン２２の開始において入力端４２に入るテープ１４の無機材料の密度より大きい。更に、図３に示されるように、システム１０およびそれに関係するプロセスの連続性によって、矢印４６として示されている処理方向におけるテープ１４および焼結材料１６の両方の長さが、チャネル３０の入力端４２と出力端４４との間の処理方向における焼結ゾーン２２の長さより大きいような、比較的長い長さを有する材料の焼結が可能である。
【００３３】
図５に最もよく示されているように、焼結ゾーン２２内における焼結は、テープ１４の縮みまたは収縮も生じ、焼結ステーション２２から出た焼結材料１６の幅Ｗ１は、焼結ステーション２２に入るテープ１４の幅Ｗ２より小さくなる。様々な実施形態では、焼結中の収縮は、Ｗ１がＷ２の９０％未満、特定的にはＷ２の８０％未満、およびより特定的にはＷ２の７５％未満になるような、かなり大きいものである。焼結中の収縮は、厚さ方向および長さ方向にも生じることが理解されよう。様々な実施形態では、長さの収縮は、テープの出力の線形速度が、テープがシステムに供給される速度よりも遅いことによって対処される。この収縮は、テープ１４がガスベアリング２６および２８によって支持されている間に生じるので、焼結材料１６の主要な表面は、低いレベルの欠陥を有する高品質面である。焼結中に収縮する無機材料が固体のセッターボードの表面上を引きずられることによって生じる摩耗、引きずられた痕跡、窪み、裂け等の様々な欠陥を生じる典型的なセッターボードに基づく焼結プロセスとは対照的に、焼結材料１６には、焼結中の収縮によって生じる欠陥が非常に少ないか、または存在しない。
【００３４】
図４を参照すると、焼結ゾーン２２内のガスベアリング２６および２８の構成がより詳細に示されている。具体的には、ガスベアリング２６および２８は、向かい合ったベアリング面３２および３４間の間隙のサイズが焼結中にテープ１４を支持するのに十分であるように、互いから分離されている。この構成では、ガスベアリング２６および２８は、テープ１４の両側にあるチャネル３０にガスを供給する。この構成では、ガスベアリング２６および２８は、焼結中にテープ１４を非接触環境で支持するだけでなく、ガスベアリング２６および２８は、バインダ除去中および／または焼結中のテープ１４の変形（例えば、カール、クラック等）が制限または解消されるように、テープ１４の主要な表面の両方（例えば、図４の向きでは上面および下面）にガス圧を加える。
【００３５】
更に、ガスベアリング２６および２８は、焼結中にテープ１４を形成、圧密、または平坦にするために、テープ１４の両方の主要な表面に圧力を加えるよう構成され得る。一部の実施形態では、ベアリング面３２および３４は、それに対応する形状を焼結材料１６に与えるように、形状（例えば、湾曲、波形等）を有してもよい。それに加えて、システム１０を通る移動方向に対して垂直な、焼結材料１６の横断方向への焼結材料１６の反りまたは曲がりを制限または防止するために、湾曲したベアリング面３２および３４が用いられ得る。成形された断面形状を有する高温ガスベアリングを用い、入力として平坦なテープまたはシートを用いて開始する連続プロセスによって、弧状、波形、または他の一次元形状の断面形状を有する焼結材料１６を製造できる。シートの幅にわたる波形の断面形状を設ける場合には、高温ガスベアリングの波形の波長は、焼結による収縮と共に減少し得る。様々な実施形態では、焼結中の成形の代わりに、またはそれに加えて、焼結ゾーン２２と冷却ゾーン２４との間に成形または形成ステーションが配置され得る。
【００３６】
一部の実施形態では、ベアリング面３２および３４とテープ１４の主要な表面との間の間隙サイズは、ベアリング２６および２８からテープ１４内への（例えば、高レベルの伝導性熱伝達による）効果的な熱伝達を容易にするよう設定され得る。そのような実施形態では、ベアリング２６および２８によって高レベルの熱伝達が提供されるので、システム１０は、炉または窯に基づく焼結システムと比較して比較的低い量のエネルギーを用いて、加熱および焼結することを可能にする。
【００３７】
様々な実施形態では、チャネル３０の高さ（例えば、向かい合ったベアリング面３２および３４間の距離）は、テープ１４支持するために、および／または、本明細書において述べられる様々な支持機能を提供するために選択される。様々な実施形態では、チャネル３０の高さは、テープ１４の厚さに基づいて、ベアリング面３２または３４と、それに向かい合ったテープ１４の主要な表面との間の間隙サイズＧ１が、所望のベアリング機能を可能にするように選択される。従って、図４に示されるように、チャネル３０の高さ＝Ｇ１×２＋テープ１４の厚さである。様々な実施形態では、Ｇ１は０．１μｍ〜１０ｍｍである。
【００３８】
一実施形態では、チャネル３０の高さ、およびそれに従ってＧ１は、処理方向におけるガスベアリング２６および２８の長さに沿って減少する。本出願人は、チャネル３０の入力端４２においてより広い間隙サイズを設けることにより、焼結ゾーンのガスベアリングへのテープ１４の挿入がより容易になり、ガスベアリングの長さに沿って間隙のサイズを減少させることにより、焼結中にテープを圧縮して平坦にする圧力が高まると考える。一部の実施形態では、図１３を参照すると、ベアリング面３２および３４の形状は、チャネル３０の中心部に対して相対的に入力端４２が拡張される（例えば、より大きいチャネル高さを有する）と共に、出力端４４が拡張される（例えば、より大きいチャネル高さを有する）ようになっている。様々な実施形態では、この形状は、ガスベアリングに入るもしくはそこから出るテープ１４および／もしくは焼結材料１６の安定性を高め、並びに／または、空気ベアリングチャネルを隣接する処理ゾーンから隔てるのを補助する。
【００３９】
図６を参照すると、例示的な実施形態による、焼結ステーション２２にわたる温度プロファイルが示されている。図６に示されるように、焼結ステーション２２内の温度は概ね上昇し、焼結ステーション２２の中心に向かって最大に達する。図６と図２との比較から理解されるように、図６の縮尺は、焼結ステーション２２にわたる温度分布をハイライトするために、図２の縮尺よりもかなり小さいが、焼結ステーション２２にわたる温度の変化は、図２に示されているようなシステム１０にわたる温度の変化と比較して、比較的小さい。
【００４０】
図７および図８を参照すると、図１〜図６に関して上述したプロセスおよびシステムによって形成された焼結材料１６が示されており、それについて説明する。一般的に、焼結材料１６は、焼結されたセラミック材料の比較的薄いシートである。上述のように、上述の非接触のガスベアリングで支持された焼結プロセスの長所を理由として、本明細書において述べられるシステムおよびプロセスによって形成された焼結材料１６は、形成されたままの状態で（例えば、研磨なしで）、高品質の主要な表面を両面に有する。更に、本明細書において述べられるシステムおよびプロセスによる支持の性質を理由として、これらの高い表面品質のうちの１以上を有する焼結材料を、従来のセッターボードに基づく焼結プロセスを用いた場合には得られないと考えられる、大きいサイズで製造できる。以下により詳細に説明するように、本開示のシステムおよびプロセスによって形成された焼結材料１６は、第１および第２の主要な表面を有し、各主要な表面は、他方の主要な表面の表面品質測定指標と略同じである少なくとも１つの表面品質測定指標を有し、特定の実施形態では、各主要な表面は、他方の主要な表面の表面品質測定指標と略同じである複数の表面品質測定指標を有する。システム１０は、テープ１４の互いに反対側にある表面の両方が、焼結中に本質的に同じ非接触条件（例えば、ガスの含有量、圧力、温度等）を経ることを可能にするので、本出願人は、この表面品質の高レベルの一貫性は、少なくとも部分的に、本明細書において述べられる非接触システムによって可能になると考える。なお、焼結材料１６の互いに反対側にある主要な表面間における少なくとも一部の表面品質特徴は、テープ１４を形成するプロセスの結果、互いに異なり得る。
【００４１】
図７および図８を参照すると、焼結材料１６のシート（例えば、シート、箔、テープ等）は、上面５０として示されている第１の主要な表面と、上面５０とは反対側の下面５２として示されている第２の主要な表面とを含む。焼結品は、第１の表面５０と第２の表面５２との間に延在する材料の本体５４を更に含む。
【００４２】
焼結材料１６のシートは、第１の表面５０と第２の表面５２との間の距離として定められる厚さＴ１を有する。焼結材料１６のシートは、幅Ｗ１および長さＬ１を有する。幅Ｗ１は、厚さＴ１に対して直交方向の、第１の表面５０および／または第２の表面５２のうちの一方の第１の寸法として定められ得る。長さＬ１は、厚さＴ１および幅Ｗ１の両方に対して直交方向の、第１の表面５０および／または第２の表面５２のうちの一方の第２の寸法として定められ得る。例示的な実施形態によれば、焼結材料１６のシートは、焼結材料の細長い薄いテープである。少なくとも部分的に幾何形状に起因して、そのような一部の実施形態は柔軟であり、焼結材料１６のシートが、１メートル以下、０．７メートル以下等の直径を有するマンドレルまたはスプール（例えば、巻取リール４０等）の周囲において曲がることを可能にし、これは、製造、格納等のために有益であり得る。他の実施形態では、焼結材料１６のシートは、例えば、丸い、環状、スリーブまたは管状、厚さが一定でない等の、別の形状を有し得る。
【００４３】
例示的な実施形態によれば、長さＬ１は、幅Ｗ１より２倍大きい（例えば、少なくとも５倍、少なくとも１０倍、少なくとも１００倍大きい等）。一部の実施形態では、幅Ｗ１は、厚さＴ１より２倍大きい（例えば、少なくとも５倍、少なくとも１０倍、少なくとも１００倍大きい等）。一部の実施形態では、幅Ｗ１は、少なくとも５ミリメートル（例えば、少なくとも１０ｍｍ、少なくとも５０ｍｍ等）である。一部の実施形態では、厚さＴ１は１ｃｍ以下（例えば、２センチメートル以下、５ミリメートル以下、２ミリメートル以下、１ミリメートル以下、５００マイクロメートル以下、２００マイクロメートル以下等）である。特定の実施形態では、Ｔ１は２マイクロメートルもの薄さであり、Ｗ１は３０ｍｍより大きい。例示的な実施形態によれば、テープ１４がシステム１０を通過して焼結される際、焼結はほぼ均一に生じ、シートの長さ、幅、および厚さは高々約３０％減少し得る。従って、本明細書において開示されるテープ１４の寸法は、本明細書において述べられる焼結材料１６について記載される寸法より高々３０％大きい。薄いテープでは、システム１０の様々な段階からの熱が、そのようなテープに迅速に浸透して焼結できるので、製造ラインの迅速な運転を可能にし得る。更に、薄いテープは柔軟であり得、システム１０に沿った方向における曲げおよび変更を容易にし得る。
【００４４】
他の例示的な実施形態によれば、厚さＴ１は５００マイクロメートル以下（例えば、２５０マイクロメートル以下、１００マイクロメートル以下、および／または少なくとも２０ナノメートル）である。例示的な実施形態によれば、焼結材料１６のシートは大面積のシートであり、第１の主要な表面５０および／または第２の主要な表面５２は、少なくとも１０平方センチメートル（例えば、少なくとも３０平方センチメートル、少なくとも１００平方センチメートル、一部の実施形態では１０００平方センチメートル超、５０００平方センチメートル超、または１０，０００平方センチメートル超等）の表面積を有する。一部の実施形態では、幅Ｗ１は、長さＬ１の１／４未満、１／５未満、１／６未満、１／７未満、１／８未満、１／９未満、１／１０未満、および／または１／２０未満である。そのような幾何形状は、例えば、焼結材料１６のシートを直線構造の電池の基体として用いる、および／または、焼結材料１６のシートを、オーブン内でカーボンナノチューブを成長させるための表面として用いる（この場合、焼結材料１６のシートはオーブンの表面を埋めるが、オーブンの実質的な体積は埋めない）等の特定の用途には特に有用であり得る。
【００４５】
様々な実施形態では、焼結材料１６のシートは、１ｍｍより薄く、２０ｃｍより幅が広く、７０ｃｍより長い。様々な実施形態では、焼結材料１６のシートは、１ｍｍより薄く、３０ｃｍより幅が広く、７０ｃｍより長い。様々な実施形態では、焼結材料１６のシートは、１ｍｍの厚さで、５０ｃｍより幅が広く、７０ｃｍより長い物品である。
【００４６】
様々な実施形態では、焼結材料１６のシートは、２０ｃｍより大きい幅Ｗ１と、７０ｃｍより大きい長さＬ１と、７５０マイクロメートル以下、またはより特定的には５００マイクロメートル以下の厚さとを有する。様々な実施形態では、焼結材料１６のシートは、２５０マイクロメートルより薄く、２０ｃｍより幅が広く、７０ｃｍより長い。様々な実施形態では、焼結材料１６のシートは、２５０マイクロメートルより薄く、３０ｃｍより幅が広く、７０ｃｍより長い。様々な実施形態では、焼結材料１６のシートは、２５０マイクロメートルより薄く、５０ｃｍより幅が広く、７０ｃｍより長い。
【００４７】
様々な実施形態では、焼結材料１６のシートは、１００マイクロメートルより薄く、２０ｃｍより幅が広く、７０ｃｍより長い。様々な実施形態では、焼結材料１６のシートは、１００マイクロメートルより薄く、３０ｃｍより幅が広く、７０ｃｍより長い。様々な実施形態では、焼結材料１６のシートは、１００マイクロメートルより薄く、５０ｃｍより幅が広く、７０ｃｍより長いものが達成可能である。
【００４８】
例示的な実施形態によれば、焼結材料１６のシートは実質的に研磨されず、第１の表面５０および／または第２の表面５２は、図８に概念的に示されているような粒状の断面形状を有する。粒状の断面形状は、粒子５６間の境界５８における表面の凹んだ部分に対して相対的な高さＨ１（例えば、平均高さ）を有する、本体５４から概ね外側に突出した粒子５６を含む。特定の実施形態では、高さＨ１は、少なくとも２５ナノメートル且つ／または１５０マイクロメートル以下であり、特定的には少なくとも５０ナノメートル且つ／または８０マイクロメートル以下である。
【００４９】
この粒状の断面形状は、焼結材料１６がブールから切り出されたのではなく、非接触環境において薄いテープとして焼結されたものである点、および、表面５０および５２が研磨されていないという点において、焼結材料１６のシートの製造プロセスを示すものである。それに加えて、粒状の断面形状は、幾つかの用途において、研磨された表面と比較して、例えば、ディスプレイのバックライト装置用に光を散乱させる、コーティングをより多く付着させるためまたは培養増殖のために表面積を増加させる等の利益を焼結材料１６に提供し得る。本出願人は、ブールから切り出された焼結されたセラミックまたは他の材料のシートは、本明細書において述べられるように形成された焼結材料１６とは対照的に、容易に識別可能な粒子境界が表面上に存在しないものであり得ると考える。本出願人は、更に、ブールから切り出された物品は、典型的には、切断による粗い表面を補正するために研磨され得ると考える。しかし、本出願人は、表面を研磨することは、焼結されたセラミックまたは他の材料の非常に薄い物品については、特に困難または煩雑であり得、困難の度合いは、焼結材料の厚さが減少するにつれ、および、焼結材料の表面の表面積が増加するにつれ、高まると考える。しかし、本技術に従って製造される物品は、研磨を必要としない高品質の表面を有する長い長さのテープとして連続的に製造され得るので、本開示の技術に従って製造された焼結品は、そのような制限によってさほど制約されない。更に、本明細書において開示されるシステム１０の寸法は、例えば、少なくとも２センチメートル、少なくとも５センチメートル、少なくとも１０センチメートル、少なくとも５０センチメートル等の幅を有するより幅が広い物品を収容および焼結する規模にされ得る。
【００５０】
考えられる実施形態において、第１および第２の主要な表面５０および５２の略等しい表面品質測定指標は、両方の主要な表面５０および５２の高度に一貫したレベルの未研磨の表面粗さである。特定の実施形態では、未研磨の主要な表面５０および５２は両方とも、物品の長さ（例えば、１５ｎｍ〜８００ｎｍ等）に沿った一次元における１０ｍｍの距離にわたって、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの粗さ（Ｒａ）を有する。特定の実施形態では、未研磨の主要な表面５０および５２は両方とも、単一の軸に沿った１ｃｍの距離にわたって１ｎｍ〜１０μｍの粗さを有する。
【００５１】
考えられる実施形態において、第１および第２の主要な表面５０および５２の略等しい表面品質測定指標は、両方の主要な表面５０および５２の高度に一貫した欠陥量の測定値である。一部のそのような実施形態では、欠陥量の測定値は、各表面５０および５２の欠陥が占める面積の測定値である。例示的な実施形態では、両方の表面５０および５２の表面一貫性は、第１の主要な表面５０の１平方センチメートル当たりの表面欠陥の全体平均面積が、第２の主要な表面５２の１平方センチメートル当たりの表面欠陥の全体平均面積の±５０％以内となるものである。そのような実施形態において、「表面欠陥」とは、それぞれの表面に沿った少なくとも１５、１０、および／または５マイクロメートルの寸法を有する摩耗および／または付着である。特定の実施形態では、表面欠陥の面積は、焼結されたシート１６の厚さに対して垂直な平面内において測定された凹部または凸部の面積である。特定の実施形態では、欠陥は、表面５０および５２の平均位置に対して相対的な、平均粒子高さＨ１の少なくとも２倍の深さまたは高さを有する凹部または凸部のうちの少なくとも一方であり、更に別の実施形態では、欠陥は、表面５０および５２の平均位置に対して相対的な、少なくとも３００μｍの深さまたは高さを有する凹部または凸部のうちの少なくとも一方である。
【００５２】
他の一部の実施形態では、欠陥量の測定値は、各表面５０および５２上の単位面積当たりの欠陥の数の測定値である。一部の実施形態では、表面品質は、１平方センチメートル当たりの平均で、主要な表面５０および５２両方が有する、少なくとも１つの寸法が１５、１０、および／または５マイクロメートルより大きい表面欠陥の数を、１５個未満、１０個未満、および／または５個未満とするものである。特定の実施形態では、表面品質は、主要な表面５０および５２両方が有するそのような表面欠陥の数を、１平方センチメートル当たりの平均で３個未満、より特定的には、そのような表面欠陥の数を１平方センチメートル当たりの平均で１個未満とするものである。従って、本明細書において開示される本発明の技術に従って製造された焼結品は、比較的高い一貫した表面品質を有し得る。本出願人は、焼結材料１６のシートの高い一貫した表面品質は、応力が集中する部位および／またはクラックが開始する部位を減らすことによって、強度を高めることを容易にすると考える。本出願人は、焼結材料１６の両方の主要な表面５０および５２におけるこの低い欠陥率は、本明細書において述べられる非接触システムおよびプロセスによって可能になると考える。更に、本出願人は、セッターボードによって支持されている間に焼結された材料は、典型的には、焼結する材料がセッターボードと係合したまま収縮する際に生じる付着および／または摩耗の結果、少なくとも一方の表面の欠陥率が、他方の表面より遥かに高くなると考える。
【００５３】
考えられる実施形態において、第１および第２の主要な表面５０および５２の略等しい表面品質測定指標は、両方の主要な表面５０および５２の高度に一貫した平坦度の測定値である。特定の実施形態では、再成形、研削、プレス等を必要とせずに、システム１０から形成されたままの物品において、高いレベルの平坦度が達成される。特定の実施形態では、表面５０および５２は両方とも、単一の軸に沿った（例えば、焼結材料１６のシートの長さ等に沿った）１ｃｍの距離にわたる約０．１μｍ〜約５０μｍの平坦度を有する。そのような平坦度は、本明細書において開示される材料の表面品質、表面の一貫性、大面積、薄い厚さ、および／または材料特性との組み合わせにおいて、シート、基体、焼結されたテープ、物品等が、例えば、ディスプレイ用の丈夫なカバーシート、高温基体、柔軟なセパレータ、および他の用途等の様々な用途のために、特に有用であることを可能とし得る。
【００５４】
考えられる実施形態において、第１および第２の主要な表面５０および５２の略等しい表面品質測定指標は、両方の主要な表面５０および５２に隣接する焼結材料１６の領域の高度に一貫した化学組成である。本出願人は、セッターボードに基づく焼結プロセスでは、セッターボードから焼結品内への材料の拡散、付着等に起因して、焼結品の両面における非常に低いレベルの材料汚染物質を達成できないと考える。特定の実施形態では、第１および第２の主要な表面５０および５２は、第１の表面５０から１μｍ以内の深さにおける材料１６の化学組成の少なくとも９９．９重量％がテープ１４内に存在する材料（例えば、多結晶セラミック材料、合成材料、バインダ材料）であり、第２の表面５２から１μｍ以内の深さにおける化学組成も少なくとも９９．９重量％がテープ１４内に存在する材料であるような、高い純度および高度に一貫した組成を有する。特定の実施形態では、第１および第２の主要な表面５０および５２は、第１の表面５０から１μｍ以内の深さにおける材料１６の化学組成の少なくとも９９．９重量％がテープ１４内に存在する無機材料（例えば、多結晶セラミック材料、合成材料）であり、第２の表面５２から１μｍ以内の深さにおける化学組成も少なくとも９９．９重量％がテープ１４内に存在する無機材料であるような、高い純度および高度に一貫した組成を有する。
【００５５】
そのような実施形態では、第１および第２の表面に隣接する領域の化学組成は、焼結材料１６の厚さの中間点における化学組成と略同じである。一部のそのような実施形態では、第１の表面５０から１μｍ以内の深さにおける材料１６の化学組成の少なくとも９９．９重量％がテープ１４の無機材料（例えば、多結晶セラミック材料、合成材料）であり、第２の表面５２から１μｍ以内の深さにおける化学組成も少なくとも９９．９重量％がテープ１４の材料の無機材料であり、厚さの中間点における化学組成も少なくとも９９．９重量％がテープ１４の無機材料の材料である。
【００５６】
更に別の実施形態では、表面５０および５２間の化学組成の高レベルの一貫性は、セッターボードに基づくプロセスにおいて典型的に見出される化学的汚染がないことの結果である。そのような実施形態では、表面５０および５２の第１の表面品質測定指標および第２の表面品質測定指標はそれぞれ、第１および第２の主要な表面から０．５μｍ以内の深さにおける焼結品の化学組成である。ここで、第１の表面から０．５μｍ以内の深さにおける化学組成が、第２の表面から０．５μｍ以内の深さにおける化学組成と少なくとも９９．９％同じであるように、第１の表面品質測定指標は第２の表面品質測定指標と略同じである。
【００５７】
例示的な実施形態によれば、焼結材料１６のシートは、多結晶セラミックを含む。例示的な実施形態によれば、焼結材料１６のシートは、（少なくとも５０重量％の）ジルコニア、アルミナ、スピネル（例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４、ＭｇＦｅ２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４）、ガーネット、コージライト、ムライト、サイアロン、ペロブスカイト、パイロクロア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、遷移金属のホウ化物および炭化物、ＺｒＢ２、ＨｆＢ２、ＴｉＢ２、ＺｒＣ、ＴｉＣ、窒化ケイ素アルミナ、および／または酸窒化アルミニウムを含む（例えば、それらである、それらから本質的になる、それらからなる）。一部の実施形態では、焼結材料１６のシートは、酸素イオンのイオン伝導体、Ｌｉイオン、Ｎａイオン、プロトン伝導体、低い誘電率を有するセラミック、高い誘電率を有するセラミック、焼結されたガラスセラミック（例えば、コージライト等）、多孔質のセラミック、焼結ガラス、およびガラスセラミック、開放気孔率を有しないセラミック、焼結ガラス、およびガラスセラミック、半透明セラミック、並びに透明セラミックを含む。一部の実施形態では、焼結材料１６のシートは金属である。他の実施形態では、焼結材料１６のシートは粉末粒子から焼結されたガラスである。一部の実施形態では、焼結材料１６のシートはＩＸガラスおよび／またはガラスセラミックである。本明細書において開示される材料は合成されたものであってもよい。
【００５８】
例えば、一部の実施形態では、焼結材料１６のシートは、５０〜１０００ナノメートルのメジアン粒径と２〜３０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積とを有するアルミナ粉末から作られる。特定の実施形態では、焼結材料１６のシートは、９９．５〜９９．９９５重量％のアルミナおよび約１００〜約１０００ｐｐｍの焼結添加剤（例えば、酸化マグネシウム等）のテープキャスティングされたアルミナ粉末から作られる。一部の実施形態では、焼結材料１６のシートは半透明である。焼結材料１６のシートは、焼結材料１６のシートが５００μｍ以下の厚さを有する場合に、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長において少なくとも３０％の全透過率を有し得る。一部の実施形態では、焼結材料１６のシートを通る全透過率は、焼結材料１６のシートが５００μｍ以下の厚さを有する場合に、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長において約５０％〜約８５％である。一部の実施形態では、焼結材料１６のシートを通る拡散透過率は、シートが５００μｍ以下の厚さを有する場合に、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍの波長において約１０％〜約６０％である。考えられる実施形態において、焼結材料１６のシートは、他の厚さ（例えば、本明細書において開示される他の厚さ等）でも、上記に開示された範囲内の波長で、上記に開示された透過率を有し得る。本明細書において開示されるアルミナ以外の材料も、そのような半透明の焼結品を生じ得る。
【００５９】
様々な実施形態では、本願のシステムおよび方法によって可能になる薄い、大きい、および／または高表面品質のベアリングセラミック品は、多種多様な用途を有する。様々な実施形態において、焼結材料１６は、例えば、電池、プリント回路基板等の基体としての用途、携帯型デバイスのディスプレイ用のカバーシートとしての用途を有すると考えられ、または、本物品は別様でも有用であり得る。焼結材料１６は、高出力の薄いディスクレーザにおいて用いられ得る。焼結セラミックは、傷防止ハードコーティングとして、および装甲として用いられ得る。
【００６０】
図９および図１０を参照すると、例示的な実施形態によるガスベアリング２６および２８によって提供されるガス送出が示されており、それについてより詳細に説明する。図９はガスベアリング２８を示しており、ガスベアリング２６はガスベアリング２８と略同じ方法で形成されることを理解されたい。ガスベアリング２８は、ベアリングを横断して幅方向に延びる複数のチャネル６０を含む。チャネル６０は、プレナム６４からノズル３６へと加圧ガスを送出する。表面６２は、プレナム６４へのガスベアリング２８の取り付けを可能にする。
【００６１】
図１０に示されるように、プレナム６４は、加圧ガス６６の流れを受け入れるものであり、加圧ガスの供給源に接続するためのポート６８を含む。プレナム６４の後面７０はガスベアリング２８の表面６２に取り付けられる。プレナム６４はフローチャネル７２を含み、フローチャネル７２は、ガス６６を、プレナム６４を通して、ガスベアリング２８のチャネル６０内に向けられるガス流７４に向かわせる。次に、ガスはチャネル６０内へと流れてノズル３６から出て、そこで、上述のようにテープ１４および焼結材料１６を支持する。プレナム６４には、ガスベアリングに供給される空気の圧力をモニタリングするおよび／または制御するためのポートが設けられ得る。
【００６２】
ガスベアリング２８は、ベアリング面３４内に位置する複数のベント開口部７８による供給を受ける複数のベントチャネル７６を含む。ノズル３６から出たガス８０は、ベント開口部７８によって受け入れられる。ガス８０はベント開口部７８内へと流れ、ベントチャネル７６を通って、そこから出るガス８２は、（例えば、ガス８２を真空引きするために）ガスベアリング２８の後面８４に取り付けられたプレナムによって受け入れられる。
【００６３】
図９に示されるように、加圧ガス８０は、テープとガスベアリング要素との間の間隙を横方向に流れることによって流れ去る。この設計では、ガスが蓄積し、ガスベアリング要素の中心から縁部まで移動する。横方向におけるガスの流速は、縁部付近が最も高い。ガスの蓄積は、より幅が広いセラミック品を取り扱うためにガスベアリングシステムの幅が増加するほど、大きくなる。ガスベアリング要素の設計によって、流れ去るガスの流れを管理することは有利であり得る。加圧ガスの流れに起因して、セラミックにかかる粘性力は最小化され得るか、または、粘性力はセラミックを移動させるように加えられ得る。流れ出るガス８２は、システムの外に向かわせられ得る。このようにしてベントガスを制御することにより、焼結中にテープ１４にかかる圧力場をより均質にでき、ガスベアリングによってテープ１４を支持するために供給される加圧ガスの量を低減または最小化できる。
【００６４】
ガスベアリング２６および２８は、本明細書に記載される機能性を容易にするよう構築または構成され得る。様々な実施形態では、ノズル３６および／またはベント開口部７８の空間パターンは、ベントガスを改善または最適化するよう構成され得る。様々な実施形態では、孔３６の直径は１００μｍより大きく、特定的には３００μｍより大きく、一部の実施形態では５００μｍより大きい。様々な実施形態では、孔３６のピッチは１０ｍｍ未満、特定的には７ｍｍ未満、より特定的には３ｍｍ未満である。様々な実施形態では、下部空気ベアリング２８の孔３６は上部空気ベアリング２６の孔３６と位置合わせされる。他の実施形態では、空気ベアリング２６および２８の空気拡散孔３６は互いからオフセットされている。
【００６５】
様々な実施形態では、ノズル３６および／またはベント開口部７８の直径および長さは、ベントガスを改善または最適化するために表面３４に沿って変化し得る。様々な実施形態では、表面３４は、ベントガスを改善または最適化するためにベアリング面にわたって延びる１以上のトレンチを含み得る。一部の実施形態では、ガスベアリング２６および２８は、テープ１４および焼結材料１６の移動を生じさせる（例えば、テープ１４および焼結材料１６を、システム１０を通して搬送する等）正味の力を生じるための非対称の設計であり得る。
【００６６】
様々な実施形態では、システム１０および特にガスベアリング２６および２８は、熱をリサイクルするよう構成される。一実施形態では、システム１０および特にガスベアリング２６および２８は、ガスベアリングからの少なくとも３０％のガスを再使用するよう構成される。別の実施形態では、システム１０は、ガスベアリングのガスを熱交換器に通すよう構成される。
【００６７】
ガスベアリング２６および２８並びにプレナム６４の材料は、テープ１４および焼結材料１６の温度および大気の要件に基づいて、並びに、システム１０の関連づけられたステーションまたはゾーンの機能に基づいて選択される。一実施形態では、ガスベアリング２６および２８並びにプレナム６４はアルミニウムで作られる。別の実施形態では、ガスベアリング２６および２８並びにプレナム６４は、高々約８５０℃までの温度で動作可能な青銅７００ＸＸ合金で作られる。別の実施形態では、ガスベアリング２６および２８並びにプレナム６４は、高々約１２００℃までの温度で動作可能な高温ニッケルクロム合金（例えば、ＲｏｌｌｅｄＡｌｌｏｙ社の６０２ＣＡ、３３３等）で作られる。別の実施形態では、ガスベアリング２６および２８並びにプレナム６４は、約１７００℃の温度で動作可能であり酸化大気中で不活性の白金のような貴金属、およびそのロジウムとの合金（例えば、ヘレウス社から入手可能な合金）で作られる。別の実施形態では、ガスベアリング２６および２８並びにプレナム６４は、セラミック（例えば、アルミナ、炭化ケイ素、酸化ホウ素、およびグラファイト等）で作られる。
【００６８】
特定の実施形態では、バインダ除去ゾーン１８のガスベアリング２６および２８並びにプレナム６４は、例えば、青銅７００ＸＸ等の材料で作られる。焼結ゾーン２２が、１２５０℃を超える焼結温度を要するアルミナもしくはジルコニアまたは他のセラミック材料を焼結するよう構成されている実施形態では、焼結ゾーン２２内のガスベアリング２６および２８並びにプレナム６４は高温ニッケルクロム合金で作られる。より高い焼結温度を要する実施形態では、焼結ゾーン２２のガスベアリング２６および２８並びにプレナム６４は、貴金属合金またはセラミック（例えば、炭化ケイ素等）のような酸化環境および高温に耐えることができる材料で作られる。
【００６９】
空気ベアリング例１
図１１および図１２を参照すると、アルミナテープの連続的な焼結プロセスの一部として高温空気ベアリングを用いる例が示されている。この例では、未焼成テープ１４は、バインダ除去前には５０．８ｍｍの幅および４０μｍの厚さを有する。未焼成テープ１４は、バインダ除去ゾーン１８に関して上述したような有機バインダ材料の熱分解のために、向かい合ったステンレス鋼の高温空気ベアリング内へと下向きの方向に７５ｍｍ／分の速度で供給されている。向かい合った空気ベアリング面間の間隙は４．３８ｍｍであり、温度は５００℃である。両方の要素における空気送出圧は１０ｐｓｉである。空気ベアリングを用いることの長所は図面から見てとれる。向かい合った空気ベアリングからの圧力がテープ１４を平坦に保持し、有機バインダが熱分解される際の反りまたは変形を制限／防止する。熱分解の後、テープは更に下方に移動して、部分的焼結のために１０５０℃の炉９０に入る。この例では、焼結行程の間、炉９０内のテープは空気ベアリングで支持されず、セッターによっても支持されない。その代わりに、テープ１４は自重を支持するので、プロセスは無接触で摩擦が生じない状態に維持される。炉９０から出た部分的に焼結されたテープは平坦であり、幅が２．６％縮み、重量が８．６％減る。
【００７０】
空気ベアリング例２
図１４および図１５を参照すると、例示的な実施形態による、焼結品を製造するために設計され試験された高温空気ベアリング（例えば、空気ベアリング２６および２８等）の例が示されている。この試験では、（連続的なプロセスではなく）バッチ焼結試験のために、図１４および図１５に示されている空気ベアリングを用いた。図１４および図１５を参照すると、この実施形態では、孔３６として示されているガス拡散孔が、規則的に離間されたグリッド状に配置されている。物品１４がベアリングによって支持されるように、孔３６は、ベアリングの間隙に支持ガスまたは作用ガスを送出する。孔３６はガス拡散プレート５０に形成され、ガス拡散プレート５０は、溶接接合５２によってプレナムに結合される。本出願人は、孔３６のサイズおよび間隔はガスベアリング内において異なるレベルの物品支持を提供するよう選択されることを決定した。図１４および図１５に示されている特定の例では、ガス拡散孔３６は、０．５ｍｍの直径と２．５４ｍｍのピッチとを有する。
【００７１】
空気ベアリング２６のプレナムと同じまたは類似の金属で作られた配管５４を通して、予熱されたガス（例えば、窒素または空気等）が供給され、供給されたガスは、拡散孔３６から流れ出て、向かい合った空気ベアリング２６および２８間の間隙に流れ込む。図１５に示されている特定の例では、空気ベアリング間隙内においてジルコニアテープ材料１４を支持するために空気ベアリング２６および２８に供給されるガスは窒素とした。
【００７２】
図１４を参照すると、空気ベアリング２６および２８の各々は、空気拡散プレート５０の外周に隣接して空気拡散プレート５０に加工された溝またはトレンチ５６を含む。図示されている特定の実施形態では、溝５６は４ｍｍの幅および１ｍｍの深さを有する。溝５６は、空気ベアリング２６および２８を互いに対して相対的に支持すると共に向かい合った空気ベアリング面間の間隙間隔を画成して維持するスペーサまたはスタンドオフ３５と係合する安定した領域を提供する。間隙間隔を維持することに加えて、スタンドオフ３５は、焼結されている物品に対して、焼結されている材料が、向かい合った空気ベアリング面間の間隙から横方向に滑り出るのを遮るよう作用する横方向の制限も与える。様々な実施形態では、スタンドオフ３５は、セラミックまたは金属で形成され得るものであり、特定の実施形態ではアルミナ材料で形成される。
【００７３】
図１４に示されるように、空気ベアリング２６または２８のうちの少なくとも一方は、配管５４を空気ベアリングに結合するための陥凹部または他の結合構成を含む取付部５８を含む。それに加えて、空気ベアリング２６または２８のうちの少なくとも一方は、圧力感知装置の配管を受容する陥凹部または他の結合構成を含む取付部６０を含む。図示されている特定の実施形態では、空気ベアリング２６および２８は１００ｍｍ〜１５０ｍｍ、特定的には１２７ｍｍの幅Ｗ３を有する。
【００７４】
図１５は、一対の空気ベアリング２６および２８の側面図であり、各空気ベアリング２６および２８は、一般的に、図１４に示されるような空気孔パターンを有する。図１５に示されるように、この特定の例では、向かい合った空気ベアリング２６および２８はアルミナのスタンドオフ３５によって分離されており、焼結される材料（テープ１４）は未焼成ジルコニア（３−ＹＳＥ）テープである。テープ１４は、孔３６を通って空気ベアリング間隙に流れ込むガスの圧力からの中心に向かう力によって、ベアリング２６および２８間に懸架される。この例では、空気ベアリング２６および２８は、米国ミシガン州テンプランスに所在するＲｏｌｌｅｄＡｌｌｏｙｓ社から販売されているＲＡ−３３３ニッケルクロム合金で構築された。これは、約１２００℃まで動作可能である。この例では、焼結熱を送るために、向かい合った空気ベアリング２６および２８は電動炉の内部に設置された。
【００７５】
高温焼結のために、本出願人は、十分な厚さの拡散プレート５０が良好な性能を発揮することを決定した。特定の実施形態では、空気ベアリング２６および／または２８の拡散プレート５０は少なくとも２ｍｍ厚、特定的には少なくとも４ｍｍ厚、より好ましくは少なくとも６ｍｍ厚である。
【００７６】
上述のように、向かい合った空気ベアリング２６および２８の間隔は、図１５においてＧ２として示されている間隙を画成する。本出願人の試験に基づいて、本出願人は、間隙サイズが様々な焼結特性に関係することを決定した。具体的には、後述するように、本出願人は、間隙サイズ、特に、小さい間隙サイズは、焼結中のベアリング内における物品の位置に影響すると共に、焼結品の特性（例えば、平坦度および透明度等）にも影響することを見出した。従って、図１５に示されている例では、Ｇ２は、Ｇ２からテープ１４の厚さを減算した値が５ｍｍ未満、特定的には２ｍｍ未満、より特定的には１ｍｍ未満となるよう選択される。
【００７７】
様々な実施形態では、スタンドオフ３５に用いられる材料は、空気ベアリング材料と適合するよう選択される。特定の実施形態では、スタンドオフ３５は、空気ベアリング２６および２８を形成するために用いられ得る高温ニッケルクロム合金または白金のような貴金属と接触するために、アルミナで形成される。特定の実施形態では、スタンドオフ３５は、孔３６を通して空気ベアリング間隙内へと注入されたガスの出口用のベントを含む。スタンドオフ３５内のベントの間隔は、拡散孔３６のピッチと同様であり得る。一部の実施形態では、スタンドオフは、各スタンドオフの横方向の縁部に沿って、ベントを提供するための切欠を含む。
【００７８】
一部の実施形態では、空気ベアリング２６および２８の拡散プレート５０の互いに反対側にある外側の表面は、予備焼結後または焼結後に平坦な物品を提供するために、平坦である。一方、他の実施形態では、空気ベアリング２６および２８の拡散プレート５０の互いに反対側にある外側の表面は、予備焼結または焼成された物品にその形状を付与するために、湾曲していてもよいく、または他の形状を有してもよい。動作において、孔３６を通って空気ベアリング間隙に入る圧力およびガス流は、焼結中にテープ１４に所望の支持を提供するよう制御される。例示的な実施形態では、各空気ベアリング２６および２８のプレナム内における圧力は４０ｐｓｉ（約２７５．８ｋＰａ）未満、特定的には２０ｐｓｉ（約１３７．９ｋＰａ）未満、より特定的には５ｐｓｉ（約３４．５ｋＰａ）未満である。様々な実施形態では、動作中の拡散プレート表面の単位面積当たりのベアリングへのガス流量は、０．１ＳＣＦＭ／ｃｍ２（２．８３Ｌ／分／ｃｍ２）より小さく且つ０．００２ＳＣＦＭ／ｃｍ２（０．０５６６Ｌ／分／ｃｍ２）より大きい。他の実施形態では、動作中の拡散プレート表面の単位面積当たりのベアリングへのガス流量は、０．０４ＳＣＦＭ／ｃｍ２（１．１３２Ｌ／分／ｃｍ２）より小さく且つ０．００４ＳＣＦＭ／ｃｍ２（０．１１３２Ｌ／分／ｃｍ２）より大きい。
【００７９】
焼結試験例１
図１４および図１５に示されている空気ベアリング構成を用いて、それぞれ異なるベアリング間隙間隔Ｇ２を用いて、ジルコニアテープを焼結した。この試験に基づいて、本出願人は、間隙間隔が焼結品の様々な特性に影響することを決定した。図１６および図１７を参照すると、２０μｍの厚さと８０μｍの焼結後の幅とを有する焼結されたジルコニア（３−ＹＳＥ）テープは、それぞれ異なる間隙サイズＧ２を用いた空気ベアリング２６および２８を用いて焼結したものである。両方の材料は、空気ベアリング２６および２８内において４時間にわたって１１５０℃で加熱された。この試験では、空気ベアリングへのガス流は１ＳＣＦＭ（２８．３Ｌ／ｍｉｎ）の窒素とした。
【００８０】
図１６に示されている焼結されたジルコニアテープは、０．５ｍｍの間隙Ｇ２を有する空気ベアリング内において焼結されたものであり、焼結プロセスを通して懸架された（即ち、スタンドオフまたは空気ベアリングの金属との接触は無かった）。図１６に示されるように、この間隙間隔を用いて焼結されたジルコニアテープは、ほとんど平坦であり、焼結されると半透明になり、これは低いレベルの気孔率を示す。
【００８１】
図１７に示されている焼結されたジルコニアテープは、１．５ｍｍの間隙Ｇ２を有する空気ベアリング内において焼結されたものである。図１６に示されているテープと比較して、１．５ｍｍ間隙の空気ベアリング内で焼結されたテープは、見るからに皺が多くなっている。それに加えて、図１７に示されているテープは、空気ベアリング拡散プレートの面に対して平行に移動し、スタンドオフのうちの２つに接触した。本出願人は、この移動が生じたのは、テープがより大きい間隙（１．５ｍｍ）で焼結された場合、テープが移動する余地がより大きく、テープにかかる、間隙へと送出されたガスによって与えられる中心に向かう力が、より低いためであると考える。テープとスタンドオフとの間の接触によって生じた力、および、３−ＹＳＥテープの薄い柔軟な性質が、接触部位における座屈につながった。空気ベアリング拡散プレートの金属表面に接触した座屈したゾーンの領域は、化学的相互拡散に起因して色が暗くなっている。
【００８２】
焼結試験例２
図１８および図１９に示されるように、図１６および図１７に関して上述したのと同じ条件下で、同じ空気ベアリング内で、１１５０℃で６時間にわたる部分的焼結後の７０μｍ厚のアルミナテープでも、類似の結果が得られた。図１８は、０．５ｍｍの間隙を有する空気ベアリング内において部分的に焼結されたアルミナテープを示しており、図１９は、１．５ｍｍの間隙を有する空気ベアリング内において部分的に焼結されたアルミナテープを示している。図１８に示されている、０．５ｍｍの間隙内で部分的焼結後のアルミナテープは、図１９に示されているアルミナテープと比較して、より平坦である。それに加えて、図１８に示されているスタンドオフと接触したゾーンは、図１９に示されている類似の接触ゾーンより小さい。テープの９０％超が、ベアリングのどちらの面とも接触せずに予備焼結された。
【００８３】
この試験に基づいて、本出願人は、アルミナテープとスタンドオフ付近における空気ベアリング面との接触はこの領域内において作用ガスによってテープを支持するための不十分な圧力に起因するようであるという仮説を立てた。窒素ガス流はスタンドオフから離れる方向に逸れるので、スタンドオフの下方および上方において、空気からの酸素の逆拡散に起因する金属拡散プレートの目に見える酸化が生じている。空気拡散プレートの他の領域は窒素で覆われており、従って、酸化は少ない。従って、この試験に基づいて、本出願人は、少なくとも一部の実施形態では、複数の異なる孔のピッチと類似した間隔で周期的に離間したベントまたは孔を有するスタンドオフは、空気ベアリングから出る窒素の流れを、スタンドオフの周囲においてより均一にすることを決定した。そして、本出願人は、均一性を高めることで、空気ベアリング間隙内におけるテープのより良好な支持が提供され、スタンドオフ付近におけるベアリング面との接触が低減／解消され、および／または、テープの平坦度が改善されると考える。
【００８４】
焼結試験例３
図２０および図２１を参照すると、別の例として、「パイレックス」７７６１フリット粉末を、約７０μｍの厚さになるようカレンダー処理した。このリボンを、図１４および図１５に示されている向かい合った空気ベアリング内において７５０℃で２時間にわたって加熱し、ベアリングへのガス流（例えば、空気または窒素）は１ＳＣＦＭ（２８．３Ｌ／ｍｉｎ）とした。間隙間隔Ｇ２は０．５ｍｍとした。図２０は、加熱／焼結前の７０μｍ厚の「パイレックス」テープを示しており、図２１は、加熱／焼結後の同じテープを示している。図２１に示されるように、平坦な透明の焼結ガラスが得られた。なお、図２１に示されているテープの穴は、焼結後の取り扱いによって生じたものであり、焼結プロセスによるものではない。
【００８５】
焼結試験例４
図２２および図２３を参照すると、本出願人は、少なくとも一部の実施形態では、焼結されたテープの平坦度は、外部から小量の応力を加えることによって影響され改善されることを決定した。４０ｍｍの幅（未焼成）および約３００ｍｍの長さを有する４０μｍ厚のジルコニア（３−ＹＳＥ）テープのリボンを、リボンの中心部分が図１４および図１５の向かい合った空気ベアリング間において空気ベアリング面と接触せずに懸架された状態で、１１７５℃で４時間にわたって焼成した。図２２は、焼結中に７５ｋＰａの張力を加えられて焼結されたテープを示しており、図２３は、張力を加えずに焼結されたテープを示している。図２２に示されるように、張力を加えられて焼結されたリボンは、図２３に示されている張力を加えずに焼結されたリボンよりも目に見えて平坦である。それに加えて、図２２に示されるように、張力を加えられて焼結されたリボンは、図２３に示されている張力を加えずに焼結されたリボンよりも透き通っている。
【００８６】
特に明記しない限り、本明細書において述べられたいずれの方法も、その工程が特定の順序で行われることを要することは意図しない。従って、方法の請求項が、その工程が辿るべき順序を実際に記載していない場合、または、特許請求の範囲もしくは説明において、その工程が特定の順序に限定されることが具体的に述べられていない場合には、どのような特定の順序も推論されることは意図しない。それに加えて、本明細書において用いられる「ａ」という冠詞は、１以上の構成要素または要素を含むことを意図したものであり、１つのみを意味すると解釈されることは意図しない。
【００８７】
開示された実施形態の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変形および変更が行われ得ることが、当業者には自明であろう。当業者は、本開示の実施形態の趣旨および実体を組み込んだ本開示の実施形態の変更、組合せ、部分的な組合せ、および変形を想到し得るものであるから、開示された実施形態は、添付の特許請求の範囲内のあらゆるもの、およびそれらの等価物を含むものと解釈されるべきである。
【００８８】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００８９】
実施形態１
焼結品を形成するプロセスにおいて、
一枚の無機材料を加圧ガスで支持する工程と、
前記一枚の無機材料が前記加圧ガスによって支持されている間に、前記無機材料が少なくとも部分的に焼結されて前記焼結品を形成するように、前記一枚の無機材料を該無機材料の焼結温度以上の温度まで加熱することによって、前記一枚の無機材料を焼結する工程であって、焼結されている前記無機材料の少なくとも一部分が、焼結中に固体の支持体と接触しない、工程と
を含むことを特徴とするプロセス。
【００９０】
実施形態２
前記加圧ガスが、向かい合った第１および第２のベアリング面を含むガスベアリングによって供給され、前記第１のベアリング面と前記第２のベアリング面との間にチャネルが画成され、前記ガスベアリングが、前記第１および第２のベアリング面を通る前記チャネルにガスを送出し、前記一枚の無機材料を支持する前記工程が、前記一枚の無機材料の互いに反対側にある第１および第２の主要な表面が両方とも前記加圧ガスによって支持されるように、前記一枚の無機材料を前記チャネル内に配置する工程を含む、実施形態１記載のプロセス。
【００９１】
実施形態３
焼結中に、前記ガスベアリングが、焼結中の前記第１および第２の表面の変形に対して抵抗するように、前記一枚の無機材料の前記第１および第２の主要な表面の両方に圧力を加える、実施形態２記載のプロセス。
【００９２】
実施形態４
焼結中に、前記チャネルの第１の端部から前記チャネルの第２の端部まで前記チャネルを通して前記一枚の無機材料を移動させる工程であって、前記一枚の無機材料が長さおよび幅を有し、前記一枚の無機材料の前記長さが、前記チャネルの前記第１の端部と前記第２の端部との間の距離より大きい、工程を更に含む、実施形態３記載のプロセス。
【００９３】
実施形態５
前記チャネルの前記第２の端部に位置するときの前記一枚の無機材料の密度が、前記チャネルの前記第１の端部に位置するときの前記一枚の無機材料の密度より大きくなるように、前記一枚の無機材料の密度が焼結中に増加する、実施形態４記載のプロセス。
【００９４】
実施形態６
焼結中に、前記一枚の無機材料が前記チャネルの前記第１の端部から前記チャネルの前記第２の端部まで移動するにつれ、前記一枚の無機材料の前記幅が減少する、実施形態４記載のプロセス。
【００９５】
実施形態７
前記一枚の無機材料が、該無機材料を支持する有機バインダを含み、前記プロセスが、前記有機バインダを含む前記一枚の無機材料を前記有機バインダを熱分解するのに十分な温度まで加熱することによって前記有機バインダ材料を除去する工程を更に含み、焼結する前記工程が、前記有機バインダを除去する前記工程の後に行われる、実施形態１記載のプロセス。
【００９６】
実施形態８
前記有機バインダを除去する前記工程が、前記一枚の無機材料が前記加圧ガスによって支持されている間に行われる、実施形態７記載のプロセス。
【００９７】
実施形態９
焼結する前記工程が焼結ゾーン内において行われ、前記有機バインダを除去する前記工程が除去ゾーン内において行われ、前記プロセスが、前記バインダを除去する前記工程に続いて、前記除去ゾーンと前記焼結ゾーンとの間に位置する加熱ゾーン内において、前記一枚の無機材料が前記焼結ゾーンに入る前に前記一枚の無機材料の温度が前記焼結温度の３０％以内まで上昇するように、前記一枚の無機材料を加熱する工程を更に含み、前記焼結ゾーン内における温度の変化が３０％未満となるように、前記焼結ゾーン内において前記一枚の無機材料が略一定の温度に保たれる、実施形態７記載のプロセス。
【００９８】
実施形態１０
前記焼結品を１５０℃より低い温度まで冷却する工程と、
冷却する前記工程に続き、前記焼結品を巻取リールの周囲に巻きつける工程と
を更に含む、実施形態１記載のプロセス。
【００９９】
実施形態１１
焼結品において、
第１の主要な表面と、
前記第１の主要な表面とは反対側の第２の主要な表面と、
前記第１の主要な表面、前記第２の主要な表面、および前記第１の主要な表面と前記第２の主要な表面との間に延在する本体を画成する少なくとも部分的に焼結された無機材料と、
前記第１の主要な表面と前記第２の主要な表面との間の１ｍｍ以下の平均厚さと、
前記厚さに対して直交方向の、前記第１の主要な表面または前記第２の主要な表面のうちの一方の第１の寸法として定められる幅と、
前記焼結品の前記厚さおよび前記幅の両方に対して直交方向の、前記第１の主要な表面または前記第２の主要な表面のうちの一方の第２の寸法として定められる前記焼結品の長さと
を含み、
前記幅および前記長さのうちの少なくとも一方が前記平均厚さの５倍より大きくなるように、前記焼結品が薄く、
前記第１の主要な表面が第１の表面品質測定指標によって定められ、前記第２の主要な表面が第２の表面品質測定指標によって定められ、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じであり、
前記無機材料が多結晶セラミックおよび合成鉱物から成る群から選択される
ことを特徴とする焼結品。
【０１００】
実施形態１２
前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が、前記第１および第２の主要な表面からそれぞれ１μｍ以内の深さにおける前記焼結品の化学組成であり、前記第１の表面から１μｍ以内の深さにおける化学組成の少なくとも９９．９重量％が前記無機材料であり、且つ、前記第２の表面から１μｍ以内の深さにおける化学組成の少なくとも９９．９重量％が前記無機材料であるように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じである、実施形態１１記載の焼結品。
【０１０１】
実施形態１３
前記第１の主要な表面と前記第２の主要な表面との間の中間点に位置する中間点化学組成を更に含み、該中間点化学組成の少なくとも９９．９重量％が前記無機材料である、実施形態１２記載の焼結品。
【０１０２】
実施形態１４
前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が、前記第１および第２の主要な表面からそれぞれ０．５μｍ以内の深さにおける前記焼結品の化学組成であり、前記第１の表面から０．５μｍ以内の深さにおける化学組成が前記第２の表面から０．５μｍ以内の深さにおける化学組成と少なくとも９９．９％同じであるように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じである、実施形態１１記載の焼結品。
【０１０３】
実施形態１５
前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が欠陥量の測定値であり、前記第１の主要な表面が５マイクロメートルより大きい寸法を有する付着または摩耗から生じた１ｃｍ２当たり１０個未満の表面欠陥を有し、且つ、前記第２の主要な表面が５マイクロメートルより大きい寸法を有する付着または摩耗から生じた１ｃｍ２当たり１０個未満の表面欠陥を有するように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じである、実施形態１１記載の焼結品。
【０１０４】
実施形態１６
前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が欠陥サイズの測定値であり、前記厚さに対して垂直な平面内において測定された前記第１の主要な表面の面積の１ｃｍ２当たりの前記第１の主要な表面上にある表面欠陥の合計面積が、前記厚さに対して垂直な平面内において測定された第２の主要な表面の面積の１ｃｍ２当たりの前記第２の主要な表面上にある表面欠陥の合計面積の±５０％以内であるように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じである、実施形態１１記載の焼結品。
【０１０５】
実施形態１７
前記第１および第２の主要な表面の前記表面欠陥が、該第１および第２の主要な表面上にある、該第１の主要な表面または前記第２の主要な表面に対して相対的な深さまたは高さであって、前記第１の主要な表面または前記第２の主要な表面の平均表面粗さより大きい深さまたは高さをそれぞれ有する凹部および凸部のうちの少なくとも一方である、実施形態１６記載の焼結品。
【０１０６】
実施形態１８
前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が平坦度の測定値であり、前記第１および第２の主要な表面の両方が、該第１および第２の主要な表面に沿って長さ方向に１ｃｍの距離にわたって１００ｎｍ〜５０μｍの範囲内の平坦度を有するように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じである、実施形態１１記載の焼結品。
【０１０７】
実施形態１９
前記第１および第２の主要な表面の各々が、該第１および第２の主要な表面の粒子間の境界における凹んだ部分に対して相対的な２５ｎｍ〜１５０μｍの範囲内の高さを有する粒子を含む粒状の断面形状を有するように、前記第１および第２の主要な表面が未研磨の表面であり、前記第１の表面品質測定指標および前記第２の表面品質測定指標の各々が粗さの測定値であり、前記第１の主要な表面および前記第２の主要な表面の両方の粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ〜１０００ｎｍであるように、前記第１の表面品質測定指標が前記第２の表面品質測定指標と略同じである、実施形態１１記載の焼結品。
【０１０８】
実施形態２０
前記本体の前記厚さが１ミリメートルの半分未満であり、前記第１および第２の主要な表面の各々の面積が１０ｃｍ２より大きい、実施形態１１記載の焼結品。
【０１０９】
実施形態２１
前記第１および第２の主要な表面のうちの一方の面積が１００ｃｍ２より大きい、実施形態１１記載の焼結品。
【０１１０】
実施形態２２
焼結品を形成するシステムにおいて、
有機バインダによって固定された無機材料の粒子を含むテープ材料のテープ供給部と、
前記テープ供給部に続くバインダ除去ステーションと、
前記バインダ除去ステーションに続く焼結ステーションと、
前記バインダ除去ステーションおよび前記焼結ステーションを加熱する加熱システムであって、前記テープ材料が前記バインダ除去ステーションを通って移動する際に前記有機バインダが熱分解されるように、前記バインダ除去ステーションを１００〜４００℃の温度まで加熱し、前記テープ材料が前記焼結ステーションを通って移動する際に前記無機材料が少なくとも部分的に焼結するように、前記焼結ステーションを８００℃より高い温度まで加熱する加熱システムと、
前記バインダ除去ステーション内および前記焼結ステーション内において前記テープ材料を支持するガスベアリングと
を含むことを特徴とするシステム。
【符号の説明】
【０１１１】
１０  システム
１２  供給部
１４  テープ
１６  焼結材料
１８  バインダ除去ステーション
２０  加熱ステーション
２２  焼結ステーション
２４  冷却ステーション
２６、２８  ガスベアリング
３０  チャネル
３２、３４  ベアリング面
３５  スタンドオフ
３６  ノズル（拡散孔）
３８  加熱要素
５０  第１の表面
５０  拡散プレート
５２  第２の表面
６４  プレナム
７８  ベント開口部
８０、８２  ガス
９０  炉
Ｇ１  間隙サイズ
Ｌ１  長さ
Ｔ１  厚さ
Ｗ１  幅
【図１】
2019509960.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019509960.tif 000009
【図８】
2019509960.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019509960.tif 000012
【図１１】
2019509960.tif 000013
【図１２】
2019509960.tif 000014
【図１３】
2019509960.tif 000015
【図１４】
2019509960.tif 000016
【図１５】
2019509960.tif 000017
【図１６】
2019509960.tif 000018
【図１７】
2019509960.tif 000019
【図１８】
2019509960.tif 000020
【図１９】
2019509960.tif 000021
【図２０】
2019509960.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2019509960.tif 000024
【図２３】
2019509960.tif 000025
【国際調査報告】
2019509960.tif 000026
2019509960.tif 000027
2019509960.tif 000028
2019509960.tif 000029